電吸附技術(shù)去除重金屬三價(jià)鉻離子探究

1、電吸附技術(shù)去除重金屬三價(jià)輅離子探究摘要三價(jià)鎔的電吸附去除研究表明：在溶液ph值 較低時(shí)，cr3+的電吸附受到h+的競(jìng)爭(zhēng)吸附，cr3+的電吸附合 適的溶液ph值為7o cr3+的物理吸附吸附過(guò)程符合二級(jí)動(dòng)力 學(xué)方程，cr3+的電吸附過(guò)程符合一級(jí)動(dòng)力學(xué)方程。電吸附相 對(duì)物理吸附可以提高電極的吸附容量，cr3+的物理吸附的飽 和吸附量為3.07mg/g, 1.2v時(shí)電吸附容量為7. 58mg/gocr3+ 的電吸附循環(huán)性能良好，能夠保持電吸附容量長(zhǎng)期穩(wěn)定。關(guān)鍵詞電吸附炭電極cr3+廢水的鎔有三價(jià)鎔和六價(jià)鎔。含輅廢水主要在機(jī)器制 造、冶金、金屬加工、電鍍、顏料、制革以及其他工業(yè)生產(chǎn) 過(guò)程中排放的。鎔對(duì)

2、人和溫血?jiǎng)游锏奈：χ饕w現(xiàn)為：致毒 作用、刺激作用、累積作用、變態(tài)反應(yīng)、致癌作用和致突變 作用等。污水綜合排放標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定總鎔的排放濃度限值 為1. 5mg/lo含輅工業(yè)廢水的處理方法有離子交換法、電解 法、鐵氧體法和活性炭吸附法等。est (electro-sorb technology),中文謂電吸附技術(shù)， 它是利用帶電電極表面吸附水中離子及帶電粒子的現(xiàn)象，使 水中溶解鹽類(lèi)及其它帶電物質(zhì)在電極的表面富集濃縮而實(shí) 現(xiàn)水的凈化/淡化的一種新型水處理技術(shù)1 -3 o電吸附原理見(jiàn)圖1,原水從一端進(jìn)入陰陽(yáng)極組成的空 間，從另一端流出。原水在陰、陽(yáng)極之間流動(dòng)時(shí)受到電場(chǎng)的 作用，水中帶電粒子分別向帶相反電

3、荷的電極遷移，被該電 極吸附并儲(chǔ)存在雙電層內(nèi)。隨著電極吸附帶電粒子的增多， 帶電粒子在電極表面富集濃縮，最終實(shí)現(xiàn)與水的分離，使水 中的溶解鹽類(lèi)及其它帶電物質(zhì)滯留在電極表面，獲得凈化/ 淡化的出水4, 5。電吸附除鹽技術(shù)，目前主要用于常規(guī)的無(wú)機(jī)離子的去 除，如 na+、ca2+、mg2+、cl-、s042-、n03-等,對(duì)于常規(guī) 無(wú)機(jī)離子的去除取得了較好的效果，并逐漸在實(shí)踐中應(yīng)用 6, 7。重金屬離子也是帶電荷的污染物，因此也可采用電 吸附技術(shù)進(jìn)行去除，目前國(guó)內(nèi)外采用電吸附去除重金屬的研 究較少。本文設(shè)計(jì)了 cr3+的電吸附試驗(yàn)，研究了溶液ph對(duì) cr3+電吸附去除的影響、cr3+的吸附動(dòng)力學(xué)、

4、cr3+的吸脫附 穩(wěn)定性。1、實(shí)驗(yàn)部分1. 1實(shí)驗(yàn)裝置電吸附實(shí)驗(yàn)裝置見(jiàn)圖2,裝置由電吸附模塊、直流電 源、蠕動(dòng)泵和溶液槽等組成。電吸附模塊中的炭電極由常州 愛(ài)思特凈化設(shè)備有限公司提供。模塊由1對(duì)電極組成，電極 的尺寸為70 mm&times； 80 mm&times； 1. 5 mm,兩片電極之間 的水流通道的間距為4 mm。1.2實(shí)驗(yàn)部分研究不同ph值溶液中，研究電極對(duì)cr3+的吸附量。 在最佳ph值條件下，研究不同的電壓對(duì)電極吸附量的影響, 并得到電吸附去除cr3+的吸附動(dòng)力學(xué)。2、結(jié)果與討論2. 1 ph對(duì)三價(jià)鑄電吸附的影響在極對(duì)電壓為1. 2v,正負(fù)電極之間的距離為4m

5、m,cr3+ 初始濃度為520mg/l(10mmol/l),溶液的體積為600ml,研 究原溶液ph值對(duì)cr3+電吸附的影響，結(jié)果見(jiàn)圖3。由圖3可知，隨著ph值的增加，cr3+的吸附容量逐 漸增加。這是由于在酸性條件下，h+濃度較大，h+與cr3+ 產(chǎn)生競(jìng)爭(zhēng)吸附，電極吸附了部分h+,則03+的吸附容量降 低。另外，ph值過(guò)大則產(chǎn)生cr (oh)3沉淀，因此電吸附實(shí)驗(yàn) 的溶液的ph宜采用67,下文的實(shí)驗(yàn)都是控制原溶液的ph 值為7. 0o2.2三價(jià)鎔吸附動(dòng)力學(xué)三價(jià)輅的吸附動(dòng)力學(xué)曲線(xiàn)見(jiàn)圖4。由圖4可知，不同 電壓下對(duì)鎔吸附動(dòng)力學(xué)曲線(xiàn)基本可以分為兩個(gè)階段：(1)快 速吸附階段，在090min期間，c

6、r3+被快速吸附到電極內(nèi) 部的孔道中，到90min時(shí)，吸附量基本達(dá)到了飽和吸附量的 90%。(2)慢速吸附階段，隨著電極孔道內(nèi)逐漸被cr3+充滿(mǎn)， 電極內(nèi)部吸附電位減少，則吸附速率變得比較緩慢?？焖傥?附階段的吸附量基本決定了飽和吸附量的大小。由圖4可知，cr3+的物理吸附的飽和吸附量可以達(dá)到 3.07mg/g,電吸附是在物理吸附飽和的基礎(chǔ)上進(jìn)行的，cr3+ 物理吸附飽和后，加上0. 6v的電壓依然能繼續(xù)吸附3. 43mg/g,電壓升至1. 2v時(shí)，電吸附量達(dá)到7. 58mg/g, 1. 2v 的電吸附容量為0. 6v的2.21倍，由此可見(jiàn)電吸附能夠極大 的提高電極吸附能力。cr3+的吸附動(dòng)力

7、學(xué)曲線(xiàn)，分別用一級(jí)吸附速率方程和 二級(jí)吸附速率方程進(jìn)行線(xiàn)性回歸，回歸的曲線(xiàn)分別見(jiàn)圖5和 圖6,根據(jù)吸附動(dòng)力學(xué)方程所求的動(dòng)力學(xué)參數(shù)見(jiàn)表1。由圖5、圖6及表1可知，從擬合的飽和吸附量來(lái)看, 物理吸附二級(jí)動(dòng)力學(xué)擬合的飽和吸附量接近試驗(yàn)的飽和吸 附量；而對(duì)電吸附而言，電吸附一級(jí)動(dòng)力學(xué)擬合的飽和吸附 量接近試驗(yàn)的飽和吸附量。同時(shí)，從相關(guān)性系數(shù)來(lái)看，物理 吸附的二級(jí)動(dòng)力學(xué)相關(guān)系數(shù)高于一級(jí)動(dòng)力學(xué)的相關(guān)系數(shù)；而 對(duì)于電吸附來(lái)講，則是相反的。因此，表明cr3+的物理吸附 是借助電極表面的官能團(tuán)而被吸附，電吸附則是借助電場(chǎng)推 動(dòng)力的作用被吸附的電極表面，即物理吸附和電吸附的機(jī)理 是存在區(qū)別的。2. 3三價(jià)洛電吸附

8、/脫附循環(huán)電吸附吸附常規(guī)的無(wú)機(jī)鹽離子具有良好的吸附和脫 附性能，具有較好的循環(huán)性。而電吸附對(duì)cr3+的吸附和脫附 性能需要進(jìn)行驗(yàn)證。試驗(yàn)在1.2v電壓下，原溶液cr3+濃度 為520mg/l(10mmol/l),吸附達(dá)到飽和后，對(duì)電極進(jìn)行短接, 此時(shí)cr3+從電極中脫附出來(lái)。循環(huán)20個(gè)周期后，電吸附容 量隨周期的變化見(jiàn)圖7。由圖7可知，cr3+的電吸附容量在第1周期時(shí)為 7. 30mg/g,第5周期時(shí)電吸附容量為6. 87mg/g,下降了 5.9%。 此后下降速度較慢，到第20周期時(shí)，電吸附容量為6. 76mg/g, 即電吸附容量已經(jīng)變得平穩(wěn)。主要原因是在初始的幾個(gè)周期 中，部分cr3+被吸入

9、到電極深部的微小孔道中，未能脫附出 來(lái)。隨著周期數(shù)的增加，進(jìn)入電極深部且未能脫附的量較少, 因此此時(shí)電吸附容量已經(jīng)逐漸保持穩(wěn)定。3、結(jié)論(1) 在溶液ph值較低時(shí)，23+的電吸附受到h+的競(jìng)爭(zhēng) 吸附，所以cr3+的電吸附合適的ph值為7。(2) 電吸附相對(duì)物理吸附可以提高電極的吸附容量， 物理吸附對(duì)03+的飽和吸附量為3. 07mg/g, 0. 6v電壓的電 吸附容量為3.43mg/g,電壓升至1.2v時(shí)，電吸附量達(dá)到 7. 58mg/g, 1.2v的電吸附容量為0. 6v的2. 21倍。23+的物 理吸附吸附過(guò)程符合二級(jí)動(dòng)力學(xué)方程。(3) cr3+的循環(huán)吸附表明，循環(huán)吸附性能良好。僅在 前幾

10、個(gè)周期，少量離子進(jìn)入內(nèi)部孔道，難以脫附出，吸附量 下降明顯；下降趨勢(shì)隨周期數(shù)增加逐漸平緩。電吸附由于優(yōu) 良的重復(fù)吸附性能，因此在重金屬污染治理領(lǐng)域有著廣闊的 應(yīng)用前景。參考文獻(xiàn)1 e. j. bain, j. m. calo, s. s. ruben, etal. electrosorption/electrodesorption of arsenic on a granular activated carbon in thepresence of other heavy metals. energy&amp；fue1s,2010,24,3415-3421.2 孫曉慰，朱國(guó)富.電吸附水

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